Lattice-Boltzmann-Methode zur aeroakustischen Untersuchung tonaler und breitbandiger Schallquellen eines Radialventilators

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Rebecca Schäfer

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Neben der Energieeffizienz gewinnt die Geräuschemission von Ventilatoren immer mehr an Bedeutung. Neue Forschungsansätze in der Schallreduzierung können mit der Kenntnis über die genauen Schallentstehungsmechanismen von Ventilatoren wachsen. Numerische Simulationsmethoden helfen diese detailliert zu analysieren. Die Lattice-Boltzmann-Methode eignet sich aufgrund einer gering vorliegenden Dissipation für eine direkte Berechnung der Aerodynamik und Akustik. Bislang fehlt es an Kenntnissen, inwieweit die Lattice-Boltzmann-Methode geeignet ist, die Aerodynamik und Akustik eines Radialventilators zu modellieren. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dieser Fragestellung. Die durchgeführten Analysen berücksichtigen neben der Variation der Betriebspunkte auch unterschiedliche Einbauzustände, die spezielle Eigenschaften hinsichtlich der tonalen und breitbandigen Schallabstrahlung aufweisen. Darüber hinaus werden mittels der Simulationsergebnisse die Schallquellen des vorliegenden Radialventilators lokalisiert und deren Entstehungsmechanismus herausgearbeitet. Die integralen Kenngrößen sowie die visuellen Analysen mittels Stromlinienverläufen zeigen bei allen Einbauzuständen eine sehr gute Übereinstimmung zwischen der Simulation und dem Experiment. Bemerkenswert ist die sehr gute Modellierung der akustischen Schmalbandspektren. Sowohl der Drehton als auch der Pegel der breitbandige Schallkomponenten sowie die sich im Prüfstand ergebenen Moden drehzahlabhängiger und -unabhängiger Natur werden von der Simulation nahezu perfekt wiedergegeben. Basierend auf diesen Ergebnissen werden tonale Schallquellen im Zungenbereich und im Spaltbereich zwischen Laufrad und Spiralgehäuse sowie breitbandige Schallquellen im Schaufelkanal mittels der Simulation detektiert.